تطبيقات الذكاء الحاسوبي في توقع استهلاك الطاقة، انبعاث غازات الاحتباس الحراري، وأداء التجفيف في مجفف هجيني بالأشعة تحت الحمراء

لماذا يهم تجفيف «الشجرة المعجزة»

المورينغا أوليفيرا، التي تُسمى غالبًا «الشجرة المعجزة»، غنية بالفيتامينات والبروتين والمركبات المعززة للصحة. تُستخدم أوراقها على نطاق واسع في المساحيق والشاي لمكافحة سوء التغذية ودعم الرفاهية، خصوصًا في المناطق ذات الدخل المنخفض. لكن أوراق المورينغا الطازجة تفسد بسرعة لأنها تحتوي على نسبة عالية من الماء. تجفيفها بأمان وبشكل اقتصادي—دون تدمير مغذياتها—يشكل تحديًا حقيقيًا. تستكشف هذه الدراسة طريقة جديدة لتجفيف أوراق المورينغا بسرعة أكبر، وبطاقة أقل وبأثر مناخي منخفض، باستخدام مجفف هجيني ذكي موجه بالذكاء الاصطناعي.

نوع جديد من المجففات الذكية

اختبر الباحثون مجففًا مستمرًا بحزام ناقل يجمع بين مصدرين للحرارة: هواء ساخن لطيف وضوء تحت أحمر قوي. بدل الاعتماد على الهواء الساخن فقط، الذي يكون بطيئًا ويستهلك طاقة كبيرة، تسطع مصابيح تحت حمراء مباشرة على طبقة رقيقة من أوراق المورينغا أثناء مرورها عبر حجرة فولاذية على حزام شبكي متحرك. ضبط الفريق ثلاثة «مقابض» رئيسية ليروا كيف تغير عملية التجفيف: درجة حرارة الهواء (من 35 °م الباردة إلى 55 °م الدافئة)، سرعة الهواء (من 0.3 إلى 1.0 متر في الثانية)، وشدة الأشعة تحت الحمراء (من منخفضة إلى عالية). تحاكي هذه البنية خطوطًا صناعية حقيقية يجب أن تعمل باستمرار مع حماية الأطعمة الحساسة.

تجفيف أسرع بقدرة أقل

من خلال ضبط تلك المقابض بعناية، أظهر العلماء أن أوراق المورينغا يمكن تجفيفها بكفاءة أكبر بكثير من أنظمة الهواء الساخن التقليدية. عندما كانت درجة حرارة الهواء وشدة الأشعة تحت الحمراء مرتفعتين معًا، انخفض زمن التجفيف من نحو 210 دقائق في ظل ظروف معتدلة إلى 95 دقيقة فقط في ظل ظروف قوية. وفي الوقت نفسه، انخفضت الطاقة المطلوبة لكل كيلوجرام من المنتج المجفف من 5.2 إلى 3.9 ميغاجول. بالمقابل، دفع مزيد من الهواء عبر الحجرة—بزيادة سرعة التدفق—أدى فعليًا إلى نتائج أسوأ: فأطال فترة التجفيف وزاد استهلاك الطاقة بنحو 18 بالمئة، على الأرجح لأن الهواء السريع أبقى سطح الورقة مبردًا وأضاع الحرارة.

فهم سلوك تجفيف معقد

التجفيف ليس مجرد زمن على ساعة؛ بل يتعلق بكيفية حركة الماء من داخل الورقة إلى السطح ثم إلى الهواء. لالتقاط هذا السلوك، قارن الفريق أحد عشر نموذجًا رياضيًا تصف كيف يترك الرطب المواد الرقيقة. تطابق نموذج واحد، المعروف باسم نموذج ميديللي–كوكوك، مع القياسات بشكل شبه تام، مما أعطى أدق توقعات لمدى سرعة فقدان الأوراق للماء تحت إعدادات مختلفة. ثم تقدم الباحثون خطوة إضافية باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي—الشبكات العصبية الاصطناعية، تحليل المكونات الرئيسية، وخرائط التنظيم الذاتي—للتعلم من البيانات. ساعدت هذه الأدوات في الكشف عن أي مجموعات من درجة الحرارة، وتدفق الهواء، وطاقة الأشعة تحت الحمراء تمنح تجفيفًا سريعًا، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وأداءً حراريًا جيدًا في آن واحد.

خفض الانبعاثات والتكاليف

بما أن معظم المجففات الصناعية لا تزال تعمل بالكهرباء أو الوقود الأحفوري، فإن كل كيلوواط ساعة موفَّر يقلل أيضًا من غازات الاحتباس الحراري. من خلال التركيز على الاستهلاك الطاقي النوعي—الطاقة اللازمة لإزالة كيلوجرام واحد من الماء—ربط الفريق أداء المجفف مباشرة بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. في أفضل إعدادات الهجين، خفض النظام انبعاثات CO₂ بنحو 20 بالمئة مقارنة بالتجفيف بالهواء الساخن التقليدي فقط. يترجم ذلك إلى قدرة تخفيف تُقدّر بحوالي 0.45–0.52 كيلوجرام من CO₂ الموفَّر عن كل كيلوجرام من أوراق المورينغا المجففة المنتجة. وفي الوقت نفسه، خفّضت العملية المحسّنة فواتير الطاقة بتقدير 12–18 بالمئة، وهو مكسب مهم لمعالجي الأغذية على نطاق واسع.

ماذا يعني ذلك لمستقبل تجفيف الأغذية

ببساطة، تظهر هذه الدراسة أن مصادر الحرارة المدمجة والذكية—الأشعة تحت الحمراء مع الهواء الساخن—يمكنها تجفيف الأوراق الحساسة مثل المورينغا أسرع وبشكل أقل تكلفة، مع تقليل انبعاثات الكربون أيضًا. تشكيلة عالية من الأشعة تحت الحمراء ودرجات حرارة هواء متوسطة إلى مرتفعة هي الوصفة الفائزة؛ أما زيادات كبيرة في تدفق الهواء فتمثل مقايضة سيئة. من خلال مزج التجارب العملية مع نماذج الذكاء الاصطناعي، يقدم المؤلفون خارطة طريق عملية لتصميم مجففات «ذكية» تضبط إعداداتها لتحقيق أفضل توازن بين جودة المنتج وتوفير الطاقة والأثر المناخي. ورغم أن هذه الدراسة ركزت على المورينغا، فإن نفس المبادئ قد تساعد في تجفيف محاصيل حساسة أخرى، مما يجعل الأطعمة الصحية مستقرة الرفوف أكثر توفّرًا وببصمة بيئية أصغر.

الاستشهاد: El-Mesery, H.S., ElMesiry, A.H., Husein, M. et al. Computational intelligence applications in predicting energy consumption, greenhouse gas emissions, and drying performance of hybrid infrared dryer. Sci Rep 16, 6757 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35355-2

الكلمات المفتاحية: تجفيف المورينغا, مجفف هواء ساخن بالأشعة تحت الحمراء, معالجة أغذية موفرة للطاقة, الذكاء الاصطناعي في التجفيف, خفض انبعاثات CO2